1.2 PLC的基本应用与分类

1.2.1 PLC的基本应用

PLC最初主要用于开关量的逻辑控制，随着技术的进步，它的应用领域不断扩大。在现代工业控制和商用控制场合，PLC不仅用于开关量控制，还用于模拟量及脉冲量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通信，实现大范围、跨地域的控制与管理。PLC已日益成为现代电气控制装置家族中一个重要的角色。

1.用于开关量控制

PLC控制开关量的能力是很强的，所控制的输入/输出点数，少的十几点、几十点，多的可到几百、几千，甚至几万点。由于它能联网，点数几乎不受限制，不管多少点都能直接或间接控制。

PLC所控制的逻辑问题可以是多种多样的：组合的、时序的；即时的、延时的；不需计数的，需要计数的；固定顺序的，随机工作的等，都可进行控制。

PLC的硬件结构是可变的，软件程序是可编的，用于控制时，非常灵活。必要时，可编写多套，或多组程序，依需要调用。它很适应于工业现场多工况、多状态变换的需要。

用PLC进行开关量控制的实例很多，如冶金、机械、轻工、化工和纺织等行业，几乎所有工业行业都需要用到它。

如图1-11所示为冰淇淋包装系统，该系统采用PLC的输入触点和延时功能来控制冰淇淋包装设备。PLC的功能如下：①利用变频器的输出控制变频器，以调节运行速度；②邻近传感器On后，一定时间后电磁阀动作；③时间的设定是根据邻近两个传感器的输入频率来计算的；④邻近传感器信号On后，经过一定时间后电磁阀再动作150ms，最后切割成品。

2.用于模拟量控制

模拟量如电流、电压、温度和压力等，其大小是连续变化的。工业生产特别是连续型生产过程，常要对这些物理量进行控制。

PLC进行模拟量控制，要配置有模拟量与数字量相互转换的A-D、D-A单元。A-D单元是把外电路的模拟量，转换成数字量，然后送入PLC。D-A单元是把PLC的数字量转换成模拟量，再送给外电路。

有了A-D、D-A单元，余下的处理都是数字量，这对有信息处理能力的PLC并不难。中、大型PLC处理能力更强，不仅可进行数字的加、减、乘、除，还可开方、插值，并可进行浮点运算。有的还有PID指令，可对偏差制量进行比例、微分、积分运算，进而产生相应的输出。

用PLC进行模拟量控制的好处是，在进行模拟量控制的同时，开关量也可控制。这个优点是别的控制器所不具备的，或控制的实现不如PLC方便。

如图1-12所示为污水池流量控制系统，该系统采用PLC的模拟量输入模块和输出模块，适用于水处理厂的污水池。其控制过程为：①利用A-D模块输入污染度信号并测量污染度；②根据污染程度调整运行速度和输入到污水池的空气量。

3.用于脉冲量和运动控制

实际的物理量，除了开关量、模拟量，还有脉冲量，如机床部件的位移，常以脉冲量表示。

PLC可接收计数脉冲，频率可高达几千到几十千赫兹，可用多种方式接收这种脉冲，还可多路接收。有的PLC还有脉冲输出功能，脉冲频率也可达几十千赫兹。有了这两种功能，加上PLC有数据处理及运算能力，若再配备相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环形分配器、功放、步进电动机），则完全可以依数控（NC）的原理实现步进或伺服传动控制。

当然，高中档的PLC还开发有NC单元，或运动单元，可实现点位控制。运动单元还可实现曲线插补，可控制曲线运动。

如图1-13所示为钢铁和圆钢内孔的加工，其PLC功能如下：①通过X轴往返运动实现加工件的移动位置和速度控制；②通过Y轴正反旋转速度的控制实现内孔的一般加工；③通过Z轴正反旋转和转矩改变指令实现内孔的精密加工。

4.用于数据采集和测控

随着PLC技术的发展，其数据存储区越来越大。数据采集可以用计数器，累计记录采集到的脉冲数，并定时转存到数据存储区（DM）中去。数据采集也可用A-D单元，当模拟量转换成数字量后，再定时转存到DM区中去。PLC可与计算机通信，由计算机把DM区的数据读出，并由计算机再对这些数据作处理。这时，PLC即成为计算机的数据终端。

如图1-14所示为净水厂流量计测控系统，利用PLC和数据交换器的变换功能，接收各地流量计的数据，并将数据传送到中央控制室系统。各个地方通过PLC内置的RS-485通信接收流量计数据，并用数据交换器连接到以太网，通过上位机的组态软件收集各地方的流量计的数据。

5.用于联网、通信

PLC可与个人计算机相连接进行通信，可用计算机参与编程及对PLC进行控制和管理，使PLC用起来更方便。为了充分发挥计算机的作用，可实行一台计算机控制与管理多台PLC，多的可达32台。也可一台PLC与两台或更多的计算机通信，交换信息，以实现多地对PLC控制系统的监控。

PLC与PLC也可通信。可一对一PLC通信，也可几台PLC通信，可多到几十、几百台。PLC与智能仪表、智能执行装置（如变频器），也可联网通信，交换数据，相互操作。可连接成远程控制系统，系统范围面可大到10千米或更大。联网可把成千上万的PLC、计算机、智能装置等组织在一个网中。

联网、通信，正适应了当今计算机集成制造系统及智能化工厂发展的需要。它可使工业控制从点到线再到面，使设备级的控制、生产线的控制、工厂管理层的控制连成一个整体，进而可创造更高的效益。这个无限美好的前景，已越来越清楚地展现在面前。

事实上，PLC已广泛应用于工业生产的各个领域。从行业看，冶金、机械、化工、轻工、食品和建材等，几乎没有不用到它的。不仅工业生产用它，一些非工业过程，如楼宇自动化、电梯控制也用到它。农业的大棚环境参数调控、水利灌溉也用到它。

1.2.2 PLC的基本类型

PLC的类型很多，可从不同的角度进行分类。

1.按控制规模分

控制规模主要指控制开关量的输入和输出点数及控制模拟量的模拟量输入和输出，或两者兼而有之（闭路系统）的路数，但主要以开关量计。模拟量的路数可折算成开关量的点，大致一路相当于8～16点。依这个点数，PLC大致可分为微型机、小型机、中型机、大型机及超大型机。

微型机控制点仅十几点，如西门子LOGO，如图1-15a所示。

小型机控制点可达几十点到100多点，如西门子S7-200和S7-1200，如图1-15b和图1-15c所示。

中型机控制点数可达近几百点到500点，以至于千点，如西门子S7-300，如图1-15d所示。

大型机的控制点数一般在1000点以上，如西门子S7-400，如图1-15e所示。

超大型机的控制点数可达万点，以至于几万点。

a）LOGO b）S7-200 c）S7-1200 d）S7-300 e）S7-400

以上这种划分只是大致的，目的是便于系统的配置及使用。一般来讲，根据实际的I/O点数选用相应的机型，其性能价格比必然要高；相反，肯定要差些。

2.按结构划分

PLC可分为无背板及有背板两大类。微型机、小型机多为无背板的，如西门子S7-200和S7-1200系列PLC等。无背板的PLC把电源、CPU、内存、I/O系统都集成在一个小模块内，一个主机模块就是一台完整的PLC，就可用以实现控制。控制点数不符需要，可再接扩展模块，由主模块及若干扩展模块组成较大的系统，以实现对较多点数的控制。

背板式PLC是按功能分成若干独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等，并直接安装在背板上，通过背板进行数据联系。该类型PLC的模块功能更单一、品种更多，可便于系统配置，使PLC更能物尽其用，达到更高的使用效益。如西门子S7-300/400等中、大型机就是这种结构。

1.2.3 PLC的品牌及市场占有率

PLC的品牌与类型很多，据统计，不同品牌的PLC全球市场占有率见表1-2，饼图如图1-16所示。显然，西门子品牌的PLC遥遥领先于其他品牌，占31%左右。因此，本书将以西门子的S7-200/300/400系列PLC为例进行介绍。